Первый деревянный собор Казанской Богородицы на территории монастыря построен в 1594 году. Уже на следующий год был заменен каменным. При разбойном нападении на монастырь в 1774 году пугачевские войска сожгли его. К концу XVIII века Казанский собор обветшал так, «что камни валились из стен и сводов и никакие укрепления не могли возвратить ему прежней прочности», и в начале 1790 годов он был разобран. В 1791 году великим столичным архитектором И. Е. Старовым был спроектирован новый храм, но средств на его реализации сразу не нашлось. Воплощению проекта в жизнь было совершено 30 мая 1798 года. Именно в этот день Император Павел I, во время пребывания в Казани, заложил первый камень в будущий новый собор Казанской иконы Божией Матери и высочайше повелел выдать на его построение 25 тыс. рублей, а в 1802 году и император Александр I внес свою лепту в размере 20 тыс рублей. Возведение собора было поручено Ф. Е. Емельянову, которого И. Е. Старов вызвал в Петербург, чтобы проверить его профессиональные знания, убедиться, в состоянии ли казанский архитектор справиться с осуществлением его проекта. Знаменитый зодчий остался доволен. Влияние работ Старова, изучение его чертежей в процессе строительства, безусловно, сказались на творческом росте Емельянова. Но ему не удалось довести возведение собора до конца. В 1804 году, оклеветанный настоятельницей монастыря игуменьей Софией, он был предан суду. Сенат не нашел состава преступления, но всесильная игуменья настояла на отстранении Емельянова от должности. Собор был закончен новым губернским архитектором Я. М. Шелковниковым. За 10 лет был возведен грандиозный 5-ти купольный холодный храм Рождества Богородицы, самый большой в городе. В плане он имел 49 на 43 м и более 44 м высоты. С трех сторон он украшен порталами и колоннами юнического ордена, которые поддерживают фронтон. 18 колонн окружили собор со всех сторон, кроме алтарной части. Главный купол зиждется на колоннаде коринфского ордена. В последствии храм, согласно плану капитальной перестройки монастыря по проекту архитектора Я. М. Шелковникова, занял центральное место всего ансамбля обители, и все более поздние сооружения как бы «обволакивали» его. Интерьер храма Казанской иконы Божией Матери, также поражал величавостью и великолепием.
Строительство собора без стоимости интерьера составило 57142 рубля. Освящение собора состоялось в 1808 году. Собор имел два боковых придела: во имя Александра Невского и в честь Успения Пресвятой Богородицы. В 1913 году на месте обретения иконы, в подвале Казанского собора, стараниями и заботами святой Великой Княгини Елизаветы Федоровны был построен пещерный храм, часовня в честь Рождества Богородицы.
Храм разрушен 26 мая 1932 года.
В новом тысячелетии комплекс монастыря начали восстанавливать. 4 ноября 2015 года Президент Республики Татарстан Рустам Минниханов подписал указ «О создании Болгарской исламской академии и воссоздании собора Казанской иконы Божией Матери». Правительством Татарстана разработан комплекс мер по содействию организации сбора добровольных пожертвований, отчислений юридических и физических лиц, общественных и религиозных организаций для возрождения главной православной святыни Казани.
В настоящий момент внешний облик воссоздаваемого собора Казанской иконы Божией Матери имеет полностью завершённый вид, на куполах установлены кресты, на фасаде храма появились мозаичные иконы, благоустроена площадь вокруг храма. Собор стал одной из узнаваемых архитектурных доминант города.
В феврале 2020 года состоялось торжественное освящение Пещерного храма в честь Рождества Пресвятой Богородицы, на месте явления Казанского образа Божией Матери.
